Текст книги "Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы"

– Видите ли, милейший Три, – тональность речей хозяина в процессе чаепития явно смягчилась, – история науки глубоко диалектична в своей основе и напоминает спираль, – бисквит прочертил несколько оборотов, означающих данную геометрическую фигуру. – Эту загадку исторической науки современные служители Клио решить просто не в силах, – старик возмущенно фыркнул. – Ведь что это за наука, в которой нет экспериментальной части исследований! Между тем, дорогой Три, вернемся к нашим баранам. Мысль о внутренней структуре атома, конечно, не столь уж и необычна, хотя на фоне глупостей из учебников о «единой и неделимой всеобщей частице вещества» еще тогда, в начале 90-х, выглядела достаточно новой. Поэтому, когда кембриджский профессор Джи-Джи (Джозеф Джон Томсон) 30 апреля 1897 года доложил на очередном заседании Королевского общества об открытии неких «корпускул», составляющих катодные лучи, я мгновенно понял, что это и есть отрицательная компонента атомарных структур, ныне называемая электронами. – При этих словах брови гостя удивленно поползли вверх и он, не выдержав, попытался что-то вставить в поток красноречия хозяина Хоумфилда:

– Однако, дорогой Оливер, не хотите ли вы сказать…

– А почему бы и нет, милейший Три? – казалось, глубокое изумление гостя весьма позабавило старика. Налив себе еще одну порцию черного, как деготь, чая, он не спеша влил в него несколько столовых ложек сгущенного молока и, ловко подхватив очередной бисквит, хитро прищурился: Дело в том, дорогой Три, что свою модель «луковичного атома» я сконструировал за десятилетие до дурацкого «пудинга» Джи-Джи… И сконструировал на основе опытных данных! – видя, что его гость не в силах больше сдерживать эмоции, вот-вот готов вскочить из-за «обеденного стола», хозяин успокаивающе поднял вверх ладонь.

Исследования, которые привели к открытию электрона, начались с попыток объяснения расхождения поведения катодных лучей под действием магнитных и электрических сил.

Д. Томсон. Прохождение электричества через газы

– Спокойствие милейший Три, только спокойствие! Все дело в том, что как-то я получил письмо из Америки от тогда лично мне совершенно неизвестного изобретателя-электротехника Николы Теслы. Он выразил мне всяческую поддержку в споре с этим лжеученым Присом (Уильям Прис был техническим экспертом Главного почтового управления Великобритании) и в конце рассказал о своих опытах по применению ионизирующего действия Х-лучей для изучения прохождения электричества через газы. Оказывается, Тесла еще в те годы в совершенстве освоил мастерство стеклодува и создал множество вакуумированных трубок собственной конструкции. Помещая эти трубки с электродами между полюсами сильных магнитов и обкладок мощных конденсаторов, мой американский знакомый выяснил, что соотношение между электрическим и магнитным полями, при котором их действие уравновешивается, зависит от скорости движения неких отрицательно заряженных частиц, составляющих катодные лучи.

И тут мне сразу же стало ясно, что электроны должны располагаться где-то в составе атомов и что представление об их «абсолютной неделимости» следует выбросить на свалку истории. Разумеется, я еще не мог сделать из этого какие-либо практические выводы, но вспомните, дорогой Три, что приблизительно в этот же период велись еще и опыты по радиоактивности…

Между тем мой друг Джи-Джи после переоткрытия Х-лучей Рентгеном организовал бурную экспериментальную деятельность в данном направлении и в 1903 году издал свою известную монографию «Прохождение электричества через газы». Вот так и были «открыты» электроны, представление о которых в виде «корпускулярных составляющих электроэфирной консистенции» уже много лет использовал Тесла.

Ну а теперь, мой дорогой Три, позвольте представить вам вещественные доказательства сказанного, – старик просеменил к «письменному столу», и покопавшись в ворохе бумаг, достал пару помятых листков. – Вот это, – передал он один из них гостю, – схема ранних экспериментов с катодными лучами Теслы. А здесь я вам прочту комментарии моего друга, полученные после того, как Джи-Джи доложил о своих результатах в Королевском обществе:

Моей главной целью было указать на новые феномены или черты явлений, распространяя идеи, которые, я надеюсь, будут служить отправными точками для новых исследований.

Н. Тесла. Статьи и речи

«Действие магнитного поля на катодные лучи было обнаружено многими исследователями, однако в отношении действия электрического поля всегда существовали определенные разногласия. Одни авторы утверждали, что они наблюдали действие электрического поля на катодные лучи, другие отрицали это. Еще в начале девяностых годов мне удалось показать, что это расхождение обусловлено низкой техникой откачки газа. Остатки ионизированного газа нейтрализуют влияние внешнего электрического поля. Когда я усовершенствовал технику откачки, то тут же получил заметные отклонения катодного пучка электрическим полем…»[14]14
  Содди Ф. История атомной энергии. – М.: Атомиздат, 1979.


[Закрыть]

Усовершенствованная катодно-лучевая трубка, конструкция Томсона, включала электрические катушки-соленоиды, создававшие внутри трубки направленное магнитное поле, и несколько параллельных пластин электрических конденсаторов, образующих внутри трубки электрическое поле. Подвергая катодный пучок действию электрического и магнитного полей, Томсон получил возможность определить отношение заряда к массе для катодных лучей. Оно оказалось независимым от природы газа в трубке и в тысячу раз большим, чем подобное отношение для ионов водорода, полученное из законов электролиза. Соответственно, и при равенстве зарядов катодных частиц и ионов водорода масса катодной корпускулы оказывалась в тысячу раз меньше массы атома водорода как самого легкого атома. В последующих экспериментах исследовалось отношение заряда к массе для частиц, вырываемых ультрафиолетовым светом, и для частиц, испускаемых накаленным катодом.

– Дорогой Оливер, – в отчаянии вскричал гость, – а как же все это? – его руки простерлись к каминной полке с собранием ежегодных трудов Королевского общества. – Ведь общепризнанно, что именно профессор Томпсон доказал, что порядок отношения заряда к массе универсален вне всякой зависимости от природы катодных лучей. И также общепризнанно, что именно он первым назвал эти мельчайшие частицы вещества корпускулами электричества, для которых в 1891 году наш видный соотечественник Джордж Джонсон Стони придумал название «электроны» …

– Ну что вы, право, дорогой Три, – казалось, что хозяин Хоумфилда откусил половину лимона, – ведь я же ясно вам говорю, что мы с мистером Теслой обсуждали модели, где электроны являются составными частями атомов всех веществ, за много лет до того, как ваш ирландский профессор произнес само слово «электрон». К тому же, – старик недоуменно пожал плечами, – сам Джи-Джи построил довольно несуразную электромагнитную модель атома, предположив, что, наподобие изюма в пудинге, отрицательно заряженные корпускулы-электроны располагаются определенным образом внутри положительно заряженной сферы. А у вашего покорного слуги с самого начала возникла куда более реальная схема оболочечного строения атома, напоминающего кочан капусты, в котором орбиты электронов заметают последовательность «листов», а внутри находится очень компактная ядерная «кочерыжка». Причем скорость движения электронов в моей модели была близка к скорости света, а «оболочечное» распределение определялось волновыми законами. Ну чем это хуже наисовременнейших моделей «атома Резерфорда – Бора»? – последнюю фразу хозяин «неистощимой пещеры» сопроводил взрывом саркастического смеха.

– Знаете, что, дорогой Оливер, – гость просто задыхался от возмущения, – должен же быть предел вашим критическим замечаниям! Ведь методы мистера Томсона имеют фундаментальное значение и лежат в основе устройства всех современных электронно-лучевых трубок, первые модели которых были построены в Кембридже еще самим Джи-Джи. И все современные ученые считают, что мистер Томпсон не только заложил основы электронной оптики, но и первым создал прообразы электронных ламп, продемонстрировав, как надо ускорять и регулировать потоки мельчайших частиц электричества. Если хотите, дорогой Оливер, мистер Томсон впервые научил физиков управлять электронами! В этом его основная заслуга, за которую, а точнее, за его исследование прохождения электричества через газы, ему в 1906 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

– Дорогой Три, – хозяин «неистощимой пещеры» неожиданно успокоился и, схватив очередную кружку крепчайшего чайного напитка, стал раскачиваться в кресле, – я вовсе не имею претензий к сути ваших замечаний, к тому же считаю Джи-Джи милейшим человеком, разработавшим методы изучения отрицательных и положительных частиц. Читал я и его довольно дельную монографию 1913 года «Лучи положительного электричества», которая положила начало масс-спектроскопии. Однако не надо забывать, что первый прообраз современных масс-спектрометров для разделения изотопов построил все же мой друг Никола. А вот в разработке методов анализа и измерения элементарного электрического заряда пальму первенства вполне можно отдать кавендишской команде, тем более что ее сотрудники умудрились наблюдать за движениями заряженного облака в электрическом поле. И все же, – тут хозяин наконец скинул нитяные перчатки, и изумленному взору гостя предстал аккуратный маникюр с ярко-красными ногтями, – именно мы с Теслой самыми первыми разглядели эти еще слабые проблески зарождающегося атомного века.

Глава 3
Атом Резерфорда – Бора и радиоактивность

Радиоактивность есть новое свойство материи, наблюдаемое у некоторых веществ. Ничто в настоящее время не позволяет утверждать, что это есть общее свойство материи, хотя такое мнение ничего неправдоподобного a priori не имеет и даже должно являться естественным. Радиоактивные тела представляют источники энергии, выделение которой обнаруживается разнообразными эффектами: особого рода излучениями, испусканием теплоты, света, электричества. Это выделение энергии существенно связано с атомом вещества; оно представляет атомическое явление; кроме того, оно самопроизвольно.

М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность

^{Сидят (слева направо): Эрвин Шредингер, Ирен Жолио-Кюри, Нильс Бор, Абрам Федорович Иоффе, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Оуэн Ричардсон, Эрнест Резерфорд, Теофил де Донде, Морис де Бройль, Луи де Бройль, Лиза Мейтнер, Джеймс Чедвик.}

^{Стоят (слева направо): Эмиль Анрио, Франсис Перрен, Фредерик Жолио-Кюри, Вернер Гейзенберг, Хендрик Антони Крамерс, Эрнст Штаэль, Энрико Ферми, Эрнест Уолтон, Поль Дирак, Петер Дебай, Невилл Франсис Мотт, Брас Кабрера, Георгий Антонович Гамов, Вальтер Боте, Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, Майкл Розенблюм, Жак Эррера, Эдмонд Бауэр, Вольфганг Паули, Жюль Эмиль Вершаффельт, Макс Козинс, Эдуард Герцен, Джон Кокрофт, Чарльз Эллис, Рудольф Пайерлс, Огюст Пикар, Эрнест Лоуренс, Леон Розенфельд.}

Эрнест Гастон Сольве, видный бельгийский химик-технолог, предприниматель и глава одноименной химической компании, был известен далеко за пределами своей маленькой родины разработками аммиачных способов получения соды из поваренной соли. Однако в историю этот представитель редкого типа ученых-предпринимателей вошел как инициатор международных форумов физиков, именуемых в честь него Сольвеевскими конгрессами.

Считается, что к организации серии представительных конгрессов Сольве подтолкнул выдающийся немецкий физикохимик, будущий нобелевский лауреат Вальтер Герман Нернст, широко известный своими работами по термодинамике. В 1911 году под руководством основанного Сольве Международного института физики состоялся первый конгресс под председательством Хендрика Лоренца, посвященный теме «Излучение и кванты». Так возникла уникальная возможность обсудить самые различные и актуальнейшие фундаментальные проблемы в физике и смежных разделах науки. В силу сложившихся обстоятельств довоенные Сольвеевские конгрессы во многих отношениях стимулировали развитие атомной и ядерной физики.

Самым значимым для предвоенной науки стал VII Сольвеевский конгресс «Структура и свойства атомного ядра», состоявшийся в октябре 1933 года под председательством Поля Ланжевена. Наверное, это была одна из последних встреч ведущих представителей научного сообщества, еще не разделенных на враждующие политические лагеря. Давайте и мы, читатель, заглянем на этот авторитетнейший научный форум, участники которого незримыми нитями связаны со многими тайнами атомного века.

…соединения тория кроме обычных радиоактивных лучей непрерывно испускают какие-то радиоактивные частицы, сохраняющие радиоактивные свойства в течение нескольких минут… я называю эти частицы «эманацией». По своим фотографическим и электрическим действиям эманация похожа на уран. Она способна ионизировать окружающий газ и действует в темноте на фотопластинку при экспозиции в несколько дней…

…на опытах с соединениями тория подтвердилось их свойство возбуждать в любом твердом веществе, расположенном рядом с ним, радиоактивность, которая со временем исчезает, причем между эманацией тория и возбужденной радиоактивностью существует тесная связь… Эманация в некотором смысле есть непосредственная причина возбуждения радиоактивности, в то же время не обнаружено испускания эманации имевшимся в нашем распоряжении образцом не совсем чистого радия. Однако Дорн позднее использовал более чистый образец радия и показал, что радий обладает такой же способностью испускать эманацию, как и торий.

Э. Резерфорд. Строение атома и искусственное превращение элементов

Несомненно, что одной из самых колоритных фигур на конгрессе был сэр Эрнест Резерфорд. Всегда в окружении своих учеников, коллег и друзей, он никогда не упускал момента, чтобы, энергично жестикулируя, громогласно не поделиться своими воспоминаниями о «яростном периоде становления новой науки»:

– Вернемся к радиоактивности, когда Беккерель продолжал исследование открытого им явления и считал его свойством урана, аналогичным фосфоресценции. Уран, по мнению Беккереля, представлял собой первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное невидимой фосфоресценции. Именно поэтому он считал свойства излучения урана подобными свойствам световых волн. Природа нового явления, таким образом, была еще совершенно непонятна, даже не существовало и самого слова «радиоактивность».

23 ноября 1896 года Беккерель доложил о результатах своих исследований Французской академии наук. Из них следовало, что уран испускает неизвестные ранее лучи (их быстро окрестили «урановыми» или «беккерелевыми»), которые аналогично Х-лучам Рентгена действуют на фотопластинку и ионизируют воздух. Так было открыто замечательное явление природы, которое Мария Склодовская-Кюри в 1898 году назовет радиоактивностью.

Л.И. Пономарев. Под знаком кванта

Между тем Беккерель обнаружил и тщательно исследовал свойство урановых лучей делать электропроводящим воздух, и его заметка появилась почти одновременно с нашей совместной с Джи-Джи публикацией, показывавшей, что рентгеновские лучи делают воздух электропроводящим благодаря их ионизирующему действию. Так был открыт важнейший метод исследования радиоактивности…

– А между тем еще Пьер Кюри допускал возможность наличия и иных механизмов выделения радиационной энергии, – все повернулись на негромкий, но четкий женский голос с немного грассирующим произношением. В группе французов стояла болезненно-бледная – сказывалась длительная работа с радиоактивными препаратами, миниатюрно-хрупкая Мария Склодовская-Кюри, самая знаменитая женщина в науке, дважды лауреат Нобелевской премии. Рядом с ней постоянно находилась старшая дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, молодые исследователи, уже зарекомендовавшие себя в науке десятком экспериментальных работ по физике ядерных процессов. Немного смущаясь, Фредерик задал давно интересовавший его вопрос, обращаясь к своей сиятельной теще:

– А правда, что вы вначале считали, что радиоактивные элементы берут энергию из внешнего пространства и оно постоянно пронизывается некоторыми неизвестными еще радиациями, которые при встрече с радиоактивными телами задерживаются и преобразуются в радиоактивную энергию?

На бледном лице Склодовской-Кюри мелькнула болезненная улыбка:

– Все правильно, Фредерик, эта ошибочная гипотеза была высказана в самый последний год прошлого века, однако сегодня можно признать, что в ней было зерно замечательной идеи космических излучений, которые сегодня разными способами изучаются в высокогорных лабораториях. К тому же уже через несколько лет я публично признала, что новейшие исследования благоприятствуют именно гипотезе атомных превращений радия.

Находясь в тесной связи с физикой и химией, заимствуя рабочие методы от этих двух наук, радиоактивность приносит им в обмен элементы обновления. Химии она приносит новый метод для открытия, отделения и изучения химических элементов, познание некоторого числа новых элементов с очень любопытными свойствами (прежде всего радия); наконец, капитальное понятие о возможности атомических преобразований в условиях, доступных контролю опыта. Физике, и в особенности новейшим корпускулярным теориям, она приносит мир новых явлений, изучение которых есть источник прогресса для этих теорий; можно указать, например, на выбрасывание частиц, несущих электрические заряды и наделенных значительною скоростью, движение которых уже не повинуется законам обычной механики и к которым можно приложить, с целью их оправдать и раскрыть в подробностях, новейшие теории, касающиеся электричества и материи.

М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность

Резерфорд, который все еще находился под впечатлением от только что прослушанного доклада Вернера Гейзенберга об использовании недавно обнаруженных нейтронов для объяснения некоторых интригующих особенностей структуры атомного ядра, только хмыкал, энергично жестикулируя давно уже погасшей трубкой:

– Что бы тут ни говорила несравненная мадам Кюри, но главное в исследованиях радиоактивного излучения – это то, что, используя теорию квантов Планка, мы получили квантовую модель атома. Вспомните, как созданию нашей модели предшествовали бесплодные попытки построить структуру атома на основе представлений классической электродинамики и механики.

– Вы, наверное, имеете в виду атомную модель Хантаро Нагаоки? – рискнул вставить вопрос в громогласные рассуждения мэтра Жолио.

– Именно так, мой юный друг, именно так, – забывшись, Резерфорд извлек свистящий звук из своей погасшей трубки, вызвав улыбки у окружающих. С досадой переложив трубку в другую руку, он продолжил: Нагаока исходил из исследований Максвелла об устойчивости колец Сатурна и представлял себе строение атомарных структур аналогичным схеме Солнечной системы. Поэтому его модель включала положительно заряженную центральную область – Солнце, вокруг которого по выделенным кольцеобразным орбитам вращались электроны-планеты. Причем при орбитальных возмущениях тут же возбуждались электромагнитные волны, периоды которых, по расчетам Нагаоки, были того же порядка, что и спектральные частоты некоторых элементов.

Из окружения Резерфорда выдвинулся его ученик Джеймс Чедвик, автор недавнего открытия нейтронов:

– Любопытно, почему же при всех своих достоинствах планетарная модель атома довольно долго безуспешно конкурировала с томсоновской схемой? Крокодил (так за глаза все называли Резерфорда с легкой руки его любимого ученика П. Л. Капицы) удовлетворенно взмахнул трубкой:

– Атом Томсона на самом деле представлял собой хорошо структурированную модель, в которой положительное электричество было как бы «размазано» по сфере, с вкраплениями отрицательных зарядов. В этом томсоновском «атомном пудинге» с изюмом электронов было, конечно, много необычного. Так, в простейшем атоме водорода электрон находился точно в центре «пудинга», и при всяком смещении на него должна была бы действовать квазиупругая сила электростатического притяжения, под действием которой он бы и совершал колебания. Теоретически частота подобных колебаний электрона должна была бы определяться радиусом сферы, зарядом и массой электрона, и если радиус сферы совпадает с атомным радиусом, то и частота этих колебаний будет совпадать с частотой излучаемой спектральной линии. Для многоэлектронных атомов Джи-Джи рассчитал вполне устойчивые конфигурации, считая, что каждая из них определяет химические свойства атомов. На основании своих построений он даже предпринял попытку теоретически построить периодическую систему элементов. Еще один ученик Резерфорда – Патрик Блэккет, недавно прославившийся тем, что одновременно с американцем Карлом Андерсеном открыл в составе космических лучей удивительные положительные электроны – позитроны, улыбаясь, слушал громогласные восклицания своего шефа, который, казалось, признавал одни резкие суждения, меняющиеся в зависимости от его настроения от восторженных и восхваляющих до негодующих и осуждающих, попытался тоже подать реплику:

– Тем не менее ведь и Бор позднее назвал попытку атомного моделирования Джи-Джи «знаменитой» и указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы стала исходным пунктом и для более новых воззрений. Отмечая, что теория Томсона в целом несовместима с опытными фактами, Бор тем не менее считал, что она содержит много оригинальных мыслей и оказала большое влияние на развитие атомной физики…

Конец фразы Блэккета потонул в сердитом фырканье Резерфорда, который уже умудрился снова раскурить свою трубку и, задрав голову, пытался выпустить несколько концентрических колец дыма:

– Еще в 1905 году Вильгельм Вин, выступая с докладом об электронах на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Мюнхене, указывал на трудность объяснения линейчатых спектров атомов с точки зрения электронной теории. При этом он подчеркивал, что проще всего было бы понимать каждый атом как планетную систему, которая состоит из положительно заряженного центра, вокруг которого, как планеты, обращаются электроны. Но такая система не может быть устойчивой вследствие излучаемой ими энергии. Поэтому мы вынуждены обратиться к системе, в которой электроны находятся в относительном покое или обладают ничтожными скоростями, хотя подобное представление содержит много сомнительного. Такой статической общепринятой моделью и был атом Томсона по причинам, указанным Вином.

Недалеко от спорящих, держась, как всегда, особняком, стоял, нахмурившись, Поль Дирак. Его известность в ученом мире была связана со знаменитым образом так называемого моря Дирака, позволившим удачно предсказать существование позитронов. Подвинувшись поближе, Поль, как всегда кратко, заметил:

– Модель планетарного атома приходила в голову многим, например о ней писал Пуанкаре, ее обсуждали тот же Вин и Перрен, который в своем нобелевском докладе прямо причислял себя к пионерам подобных построений. Однако эта модель наталкивалась именно на ту непреодолимую трудность, на которую указывал Вин, и именно поэтому доминировал атом Томсона. Лишь новые опытные факты опровергли «атомный пудинг», открыв двери планетарной модели, и заслуга открытия этих фактов в первую очередь принадлежит сэру Эрнесту, – Дирак сделал полупоклон в сторону довольно улыбающегося Резерфорда.

Из-за спины Дирака показался его круглолицый насмешливый друг Вольфганг Паули. У них были совершенно разные характеры. Дирак постоянно бывал мрачен и серьезен, а Паули всюду находил повод для очередной шутки, причем бÓльшая часть из них была самокритично направлена на его «рафинированную теоретичность». Так, он доказывал, что все приборы мгновенно начинают показывать несусветные величины, стоит ему только пройти мимо них. Это магическое действие «ауры великого теоретика» даже получило шутливое название «эффект Паули». Сам ученый рассказывал анекдот, что когда его поезд сделал краткую остановку на Геттингенском вокзале, в местной лаборатории Джеймса Франка тут же прогремел взрыв, что явилось проявлением «дистанционного эффекта Паули». Вздернув высокие брови, отчего его лицо приобрело хитроватое выражение, он воспользовался случаем, чтобы задать свой вопрос Резерфорду:

– Скажите, сэр Эрнест, а как вы сами с высоты прожитых лет оцениваете фундаментальность своего открытия атомного ядра и его ввод в планетарную модель атома? – поскольку Крокодил только громко хмыкнул и пробурчал что-то непонятное, Паули с улыбкой продолжил: Вот тут нам напомнили, а некоторые, – тут он, под смех окружающих, постучал себя по лбу, – и так прекрасно помнят, что уподобление атома планетной системе делалось еще в самом начале XX века. Но эту модель было трудно совместить с законами электродинамики, и она была оставлена, уступив место модели Томсона. Однако тут почему-то никто не отметил, что, если меня не подводит память, еще в 1904 году Вильям Брэгг в Австралии начал исследования, посвященные прохождению альфа-частиц через вещество, которые привели к утверждению в нарождающейся атомной физике одной из первых планетарных схем. Так, Брэгг нашел, что альфа-частицы не рассеиваются веществом, а поглощаются им на дистанции длины пробега.

В круг соседей Паули бочком протиснулся Энрико Ферми, невысокий, угловатый итальянец, чувствовавший себя не на своем месте среди собравшихся вокруг знаменитостей. Между тем теоретические работы Ферми давно уже приобрели повсеместную известность, а созданная им и подтвержденная Дираком «статистика Ферми – Дирака» была известна каждому студенту-физику старших курсов.

Паули громко обратился к застенчивому итальянцу:

– А вот вы, Энрико, как относитесь к планетарным построениям для атомарных структур? Может быть, вам чем-то не нравится атом Резерфорда – Бора?

Ферми слегка пожал плечами и сдержанно заметил:

– Как вы знаете, я считаю, что начинать всегда надо с анализа экспериментальных методов исследования. Известно, что метод, применявшийся творческим коллективом сэра Эрнеста, включал следующее: поток альфа-частиц, испускаемых неким источником, проходил через узкую диафрагму и попадал на экран из сернистого цинка. Затем между щелью и экраном помещали тонкую металлическую пластинку, и изображение щели на экране тут же размывалось, что указывало на рассеяние альфа-частиц веществом пластинки. Гейгер установил, что наиболее вероятный угол рассеяния пропорционален атомному весу и обратно пропорционален кубу скорости частицы.

Вот тут и открылся поразительный факт, что очень небольшая часть альфа-частиц, по-моему, где-то одна восьмитысячная, рассеивается на столь большой угол, что фактически отбрасывается обратно прямо к источнику. Приблизительно в это же время выяснилось, что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия. Для потока таких тяжелых, стремительно летящих частиц рассеивание на столь большие углы казалось совершенно невероятным. Тут же возникло объяснение подобного аномального рассеяния как суммарного эффекта от сложения множества небольших углов отклонений, вызванных атомами рассеивающего вещества.

И тут кто-то произнес крылатую фразу, которая сегодня вошла во все учебники:

– Это так же невероятно, как если бы пуля отскакивала от листа папиросной бумаги.

Все обернулись в сторону говорившего, круг раздвинулся, и всем стала видна плотная коренастая фигура Нильса Бора, рядом с которым, вежливо улыбаясь, стоял американский физик Эрнест Лоуренс. Этот подвижный и очень энергичный ученый привлекал всеобщее внимание с самого начала конгресса, ведь в его лаборатории в Беркли работал один из первых в мире ускорителей элементарных частиц – циклотрон, позволявший легко обходиться без редких и дорогостоящих радиоактивных веществ, крайне необходимых для атомных экспериментов. Ощутив, что все внимание сосредоточено на нем и Лоуренсе, Бор смущено улыбнулся и что-то неразборчиво пробормотал своему американскому коллеге. Лоуренс тут же расплылся в ослепительной «американской улыбке» (впоследствии ее стали называть «голливудской») и громко провозгласил, обводя окружающих самоуверенным взглядом:

– Нильс попросил меня продолжить его теоретические мысли, поскольку мне как экспериментатору данная тема представляется более близкой… Так вот, манчестерские ученые, обсчитав атомную модель Томсона, показали, что из нее не следуют большие отклонения даже при многих столкновениях с частицей. И вот здесь на сцене впервые показалась планетарная модель экспериментального плана, – последние слова Лоуренс выделил многозначительным тоном. – Получалось, что когда альфа-частица пролетает мимо заряженного ядра, то под воздействием кулоновской силы, пропорциональной зарядам ядра и частицы и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, она должна перемещаться по ветви гиперболы, отклоняясь на наблюдаемые углы рассеяния. И тогда присутствующий здесь Кроко… миль пардон, сэр Эрнест, сделал свой гениальный доклад в философском обществе Манчестера… Может быть, кто-то из мальчиков сэра Эрнеста (так все называли сотрудников великого экспериментатора) напомнит его название?

Закончив под смех присутствующих свой американский спич, Лоуренс слегка поклонился в сторону англичан. Нахмурившийся Резерфорд ответил ему притворно-сердитым взглядом и громко заметил, что некоторые американцы, как и их ускорители, напоминают ему гигантских питонов, на груди которых он всегда готов сплясать боевой танец новозеландских аборигенов Маори. Затем Резерфорд уже дружески ухмыльнулся американцу и громко пророкотал:

– Моя память вполне в порядке, и я хоть сейчас могу процитировать весь свой доклад одиннадцатого года «Рассеяние альфа– и бета-лучей и строение атома», – переждав протестующие возгласы, глава британской школы экспериментаторов продолжил: Главное было в том, что рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить, что существует такой атом, который состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины. При таком устройстве атома альфа– и бета-частицы, когда они проходят на близком расстоянии от его центра, испытывают большие отклонения, хотя вероятность такого явления мала. При этом заряд атомного центра оказался пропорциональным атомному весу, так что, хотя точное значение заряда центрального ядра не было определено, но для атома золота оно приблизительно равно ста единицам заряда.

Затем я поручил Гейгеру и Марсдену сделать новую экспериментальную проверку, подсчитывая рассеяние частиц по производимым ими сцинтилляционным вспышкам. Мои мальчики с честью справились с этой трудной и кропотливой работой, так как нужно было считать много тысяч частиц. Результаты Гейгера и Марсдена весьма близко согласовывались с теорией. Из этих утомительных и кропотливых исследований и возникло представление о ядре как устойчивой части атома, несущей в себе почти всю его массу и обладающей положительным зарядом. При этом число элементарных зарядов действительно оказалось прямо пропорциональным атомному весу, – Остановившись, Крокодил непроизвольно вздохнул, видимо, вспомнив славные времена манчестерских достижений, и, сердито посапывая, занялся своей трубкой. Наступившую паузу заполнил голос Бора: